關(guān)于仿真實(shí)驗(yàn)在高中物理校本課程開(kāi)發(fā)中的案例探討

李迪

摘 要：仿真實(shí)驗(yàn)在校本課程中的應(yīng)用將在一定程度上顛覆原有口述物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的舊面貌，是一個(gè)純粹意義的探究創(chuàng)新過(guò)程，經(jīng)歷糾誤操作、尋找實(shí)驗(yàn)漏洞這樣的過(guò)程才是培養(yǎng)真正的科研素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，使學(xué)生體會(huì)物理實(shí)驗(yàn)的精髓，培養(yǎng)能力，變被動(dòng)接受為主動(dòng)探究，全方位多層次調(diào)動(dòng)學(xué)生認(rèn)知新事物的主觀能動(dòng)性，極大程度地拓展個(gè)性發(fā)展空間，拓展學(xué)生思辨的外延空間。

關(guān)鍵詞：仿真實(shí)驗(yàn);校本課程;高中物理;課程資源;新課程改革

一、背景簡(jiǎn)介

隨著新科技和新知識(shí)的發(fā)展，新課程改革的進(jìn)一步深化，學(xué)校最初的教育教學(xué)方法和手段，甚至是教材內(nèi)容的設(shè)置和教學(xué)順序的安排也在隨之大幅調(diào)整。本人現(xiàn)在任教高三年級(jí)，從2017年9月接任新高中一年級(jí)物理教學(xué)至今，經(jīng)歷了天津市新課程改革以來(lái)第一輪完整的高中循環(huán)。在這一輪教學(xué)中我感慨良多。如果一味因循《高中物理教材》的課程安排、完全依靠物理課上的有限時(shí)間，以及低層次滿足于開(kāi)齊物理分組實(shí)驗(yàn)，顯然不能出色完成新形勢(shì)下高中物理教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)，更不可能培養(yǎng)出有個(gè)性、有特色、有能力的優(yōu)秀高中畢業(yè)生。為了突破傳統(tǒng)物理教學(xué)課程安排的局限，突破傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)的局限，將仿真實(shí)驗(yàn)與高中物理校本課程有機(jī)整合在一起將成為大勢(shì)所趨！

二、案例分析

（一）基本定義包括：

（1）校本課程（school—based curriculum）即以學(xué)校為本位、由學(xué)校自己確定的課程，它與國(guó)家課程、地方課程相對(duì)應(yīng) [1] 。

所謂校本，其一：要立足于突破學(xué)校所面臨的困難，完成學(xué)校教學(xué)實(shí)踐的要求;其二：既然問(wèn)題源于學(xué)校教學(xué)進(jìn)程自身，就要由學(xué)校中的一線教師們集思廣益共同探討，由教師小組、備課組、甚至是學(xué)科組來(lái)一同分析解決，而不是單個(gè)教師的單打獨(dú)斗。其三：即使是被學(xué)校采用過(guò)的成品課程，也需要進(jìn)行周期性調(diào)整。因?yàn)樵趯?shí)踐中，教師團(tuán)隊(duì)會(huì)對(duì)自己的教學(xué)活動(dòng)做出反思，對(duì)學(xué)生的知識(shí)需求與認(rèn)知所得做出評(píng)估，確定下一屆的教學(xué)目標(biāo)，實(shí)施情景分析組織新內(nèi)容完善校本課程。

（2）仿真（Simulation）

仿真實(shí)驗(yàn)是利用FLASH技術(shù)開(kāi)發(fā)的最富真實(shí)感的實(shí)驗(yàn)，可直接在電腦上在線模擬操作，通過(guò)自主操作實(shí)驗(yàn)，從而掌握物理和化學(xué)知識(shí)原理，理解并記憶方程式、公式、定律、定理等，從而有效提高理化學(xué)習(xí)成績(jī) [2] 。

（二）現(xiàn)階段教學(xué)現(xiàn)狀：

高中物理是實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)，定理和定律的證實(shí)都需要大量實(shí)驗(yàn)作為輔助，學(xué)生對(duì)物理定律的理解與記憶也仰仗實(shí)驗(yàn)的支撐，但是高中的實(shí)驗(yàn)手段又很受限制，許多時(shí)候?qū)嶒?yàn)的結(jié)果是依靠老師的“三寸不爛之舌”呈現(xiàn)給學(xué)生的，磨滅了學(xué)生求知的熱情，更是大大減弱了物理學(xué)的無(wú)窮魅力，現(xiàn)狀很是悲哀。

現(xiàn)階段的高中學(xué)生，完全是在重復(fù)教師的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，他們只是操作者，甚者對(duì)實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)僅是停留在知道的層面，對(duì)于實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)也只是死記硬背，應(yīng)付考試“高分低能”。這樣的高中畢業(yè)生很難在今后大學(xué)時(shí)代或工作中有什么創(chuàng)造性，也不會(huì)具備物理人的嚴(yán)謹(jǐn)探究精神。

三、解決策略

（一）仿真實(shí)驗(yàn)整合高中物理校本課程的優(yōu)勢(shì)及方法：

（1）降低成本：仿真實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和應(yīng)用會(huì)有效緩解傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)對(duì)“時(shí)間、人力、空間、設(shè)備”的限制，使學(xué)生能自主探究各種實(shí)驗(yàn)，熟悉儀器操作，突破陳舊儀器造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的阻礙，提高教學(xué)質(zhì)量，使更多的學(xué)生可以“隨時(shí)”進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)室，體驗(yàn)這種“浸入式”“平民化”的物理教學(xué)手段。

（2）安全且高效：仿真實(shí)驗(yàn)室能確保安全性，并且可以按照需求縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間，且不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

（3）提高能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)：利用仿真實(shí)驗(yàn)室學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，更易獲取相關(guān)的知識(shí)，得到實(shí)時(shí)操控與反饋。有利于培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、儀器操作能力、分析解決突發(fā)現(xiàn)象的能力、增加創(chuàng)新意識(shí)。

（4）突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)局限和設(shè)置非常規(guī)故障：在仿真實(shí)驗(yàn)室里不僅可以完成極限數(shù)據(jù)采集，觀察極限試驗(yàn)現(xiàn)象，還能設(shè)置一些在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法設(shè)置的非常規(guī)故障，用以培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)對(duì)非常規(guī)故障的能力，從而大幅提高學(xué)生的實(shí)際操作能力和探究發(fā)現(xiàn)能力。

（5）針對(duì)性更強(qiáng)，打開(kāi)思辨的空間：仿真實(shí)驗(yàn)可以讓課程適應(yīng)每一位學(xué)生的發(fā)展，使校本課程的開(kāi)發(fā)更具針對(duì)性，不只是針對(duì)不同學(xué)生的個(gè)體差異性，更是針對(duì)不同的物理教學(xué)任務(wù)創(chuàng)生出一個(gè)思辨的空間。

（二）仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件可以佐證、部分替代甚至全部替代傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，不僅全方位的感知仿真效果絲毫不遜色于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，并能高度反映物理實(shí)驗(yàn)的實(shí)時(shí)操控與反饋，在不同實(shí)驗(yàn)中有全新的體現(xiàn)。

（1）全方位的感知仿真效果：就高中物理教學(xué)而言，它不僅可以提供一般計(jì)算機(jī)所提供的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)刺激，還能根據(jù)物理定律驅(qū)動(dòng)物體動(dòng)作。甚至在力學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以讓學(xué)生感知不同力度，當(dāng)受到力改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，感知運(yùn)動(dòng)的速度，移動(dòng)的方向、翻倒，模擬失重與超重，太空行走等;熱學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以感知不同溫度，皮膚的痛感，甚至包括嗅覺(jué)等;光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)感知不同照度、頻率等;核物理初步介紹時(shí)可以仿真核子對(duì)撞，能級(jí)躍遷等內(nèi)容。

（2）實(shí)時(shí)操控與敏捷反饋：學(xué)生和指導(dǎo)教師可以在虛擬環(huán)境里，按照任意合理的典型實(shí)驗(yàn)和案例自主選擇、連接、調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)論，在任意抓取實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)得到及時(shí)的反饋信號(hào)。例如，學(xué)生在設(shè)計(jì)伏安法測(cè)量電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻時(shí)，可以用手去直接抓取虛擬環(huán)境中的測(cè)量?jī)x表并可以有觸感，感覺(jué)到物體的重量，如果操作不當(dāng)會(huì)有觸電等感覺(jué)。對(duì)于一些很難真實(shí)操作的、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象微小不易觀測(cè)的物理實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，這樣的仿真實(shí)驗(yàn)效果接近甚至超過(guò)在真實(shí)環(huán)境中取得的數(shù)據(jù)結(jié)論，無(wú)疑仿真實(shí)驗(yàn)為高中學(xué)生認(rèn)知物理世界打開(kāi)了一扇更加形象逼真的“窗”。

四、小結(jié)啟示

雖然仿真實(shí)驗(yàn)不能完全取代傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)，但仿真實(shí)驗(yàn)和校本課程的積極整合將為新課程改革下的高中物理教學(xué)注入無(wú)限生機(jī)，是今后教學(xué)成敗的全新引領(lǐng)趨勢(shì)，也是提高學(xué)生能力的嶄新動(dòng)力源泉。

參考文獻(xiàn)

[1]鄭金洲.走向校本[J].教育理論與實(shí)踐，2000（6）：11-14.

[2]什么是仿真實(shí)驗(yàn).新浪.2019，07，09.